DE1272445B - Nach dem Kompensationsprinzip arbeitendes anzeigendes und/oder registrierendes Messgeraet - Google Patents

Nach dem Kompensationsprinzip arbeitendes anzeigendes und/oder registrierendes Messgeraet

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DE1272445B
DE1272445B DE19631272445 DE1272445A DE1272445B DE 1272445 B DE1272445 B DE 1272445B DE 19631272445 DE19631272445 DE 19631272445 DE 1272445 A DE1272445 A DE 1272445A DE 1272445 B DE1272445 B DE 1272445B
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DE
Germany
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measuring device
voltage
hall
hall generator
measuring mechanism
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Pending
Application number
DE19631272445
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English (en)
Inventor
Johannes Brenner
Friedrich Puschban
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ELEK SCHER MESSGERAETE FAB
Metrawatt AG
Original Assignee
ELEK SCHER MESSGERAETE FAB
Metrawatt AG
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/28Provision in measuring instruments for reference values, e.g. standard voltage, standard waveform

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Description

  • Nach dem Kompensationsprinzip arbeitendes anzeigendes und/oder registrierendes Meßgerät Die Erfindung betrifft ein nach dem Kompensationsprinzip arbeitendes anzeigendes und/oder registrierendes Meßgerät, insbesondere einen sogenannten Linienschreiber.
  • Ein derartiges Meßgerät ist z. B. aus der schweizerischen Patentschrift 275 601 bekannt. Es ist so aufgebaut, daß die zu messende Gleichspannung einen in einem Wechselfeld fest angeordneten Hallgenerator steuert, dessen Ausgangsgröße verstärkt wird und die Verstellung eines Servomotors bewirkt.
  • Damit erfolgt gleichzeitig die Verstellung des Anzeige- bzw. Schreiborgans und die Verstellung eines Widerstandsschleifers, durch dessen Abgriff die Spannung der gemessenen Größe kompensiert wird.
  • Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Meßeinrichtung besteht in der Anwendung des Servomotors als Verstellglied, der einen hohen Leistungsbedarf hat, wodurch der den Servomotor speisende Verstärker entsprechend groß dimensioniert sein muß. Außerdem wirkt sich die große Masse der beweglichen Teile in bezug auf die Einstellgeschwindigkeit nachteilig aus, wobei auch der Verschleiß der beweglichen Teile, insbesondere die Abnutzung des Potentiometers, die Anzeigegenauigkeit und Lebensdauer beeinträchtigt.
  • Es ist auch ein elektrisches Meßgerät bekannt (deutsches Patent 1 025 157), das zur elektrischen Nachbildung der Winkelstellung einer Galvanometerachse einen mit dieser Achse verbundenen, im Feld eines Permanentmagneten angeordneten Hallgenerator verwendet, wobei die von der Stellung des Hallgenerators im Magnetfeld abhängigen Eigenschaften für die elektrische Nachbildung benutzt werden. Bei einem bekannten Kompensationsverstärker ist mit der Drehachse eines annähernd richtkraftlosen Meßwerks ein Vergleichsspannungsgeber in Form einer Spule verbunden, die sich bei Veränderung der Meßgröße in einem konstanten Wechselfeld bewegt. Diese Spule liefert eine von der Stellung der Meßwerk-Drehspule abhängige Vergleichsspannung, die nach Verstärkung dem Anzeige-bzw. Registriergerät zugeführt wird, während ein Teil dieser Vergleichsspannung zur Kompensation der Meßgröße dient. Derartige Meßgeräte sind äußerst empfindlich, weshalb sie nicht dort angewendet werden können, wo große Verstellkräfte, beispielsweise für den Antrieb eines schreibenden bzw. anzeigenden Organs, erforderlich sind.
  • Außer dem Kompensationsmeßwerk wird also noch ein weiteres Meßwerk benötigt, das die erforderlichen Verstellkräfte aufbringen kann. Der weitere Nachteil eines derartig aufgebauten Kom- pensationsverstärkers besteht noch darin, daß die Schaltung auch im Kompensationszustand eine Leistung verbraucht.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein nach dem Kompensationsprinzip arbeitendes anzeigendes und/oder registrierendes Meßgerät zu schaffen, bei dem das eigentliche Kompensationsmeßwerk gleichzeitig zum Antrieb des Anzeige- oder Registrierorgans verwendet werden kann, indem es mit entsprechend großen Verstellkräften (Drehmoment) ausgestattet wird.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Meßgerät der eingangs beschriebenen Gattung unter Vermeidung der den bekannten Anordnungen innewohnenden Nachteile dadurch gelöst, daß das annähernd richtkraftlose Meßwerk direkt zum Antrieb des Anzeige- und/ oder Schreiborgans dient, indem die Vergleichsspannung der zu messenden Spannung entgegengeschaltet und die Differenzspannung richtungsabhängig verstärkt zum Meßwerk geführt ist.
  • Als Vergleichsspannungsgeber ist z. B. ein Hallgenerator, vorzugsweise aus Indiumarsenid, geeignet, der in einem permanenten Magnetfeld in Abhängigkeit von der Bewegung der Drehspulachse des Meßwerkes drehbar angeordnet ist.
  • Der besondere Vorteil eines solchen Meßgeräteaufbaues liegt darin, daß ein üblicher Drehspulschreiber einschließlich seiner Geradführung lediglich durch das Weglassen der Rückstellfedern, durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Vergleichsspannung und eines nachgeschalteten Verstärkers zu einem Kompensationsschreiber ausgebildet wird, der ein hinreichend großes Drehmoment, eine kurze Einstellzeit, einen hohen Wirkungsgrad und nur wenige, kaum dem Verschleiß unterliegende bewegliche Teile aufweist. Eine geschwindigkeitsabhängige Rückführspannung, mit deren Größe die Einstellzeit des Gerätes über einen relativ großen Bereich geändert werden kann, ist durch eine zweite Meßwerkwicklung hier sehr einfach zu gewinnen. Der durch die Erfindung erreichte geringe Leistungsbedarf ermöglicht auch die Anwendung auf batteriegespeiste, insbesondere transportable Registriergeräte.
  • Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und in der Zeichnung dargestellt.
  • Fig. 1 stellt das Prinzip des mechanischen Aufbaus eines Drehspullinienschreibers mit Geradführung dar; F i g. 2 zeigt das Schaltschema der Konstantstromquelle und ihre elektrischen Verbindungen mit dem Hallgenerator.
  • Gemäß F i g. 1 ist mit dem mit großem Wirkungsgrad arbeitendem Drehspulmeßwerk 1 der Hallgenerator 2 mittels des Gelenkvierecks 3 mechanisch verbunden. Außerdem sind mit der Drehachse des Meßwerkes bzw. des in dem Feld des Permanentmagneten 4 drehbar gelagerten Hallgenerators 2 noch die Lenker 5 gekuppelt, mit deren Hilfe die jeweils gemessene Größe an der gestrichelt angedeuteten Skala 6 angezeigt bzw. auf einem Registrierstreifen aufgezeichnet wird. Die zu messende Größe wird in Form einer Gleichspannung vom Thermoelement 7 geliefert und der Hallspannung des Hallgenerators 2, deren Größe von seiner Stellung im permanenten Magnetfeld 4 abhängt, entgegengeschaltet. Der eingeprägte Steuerstrom für die Versorgung der Steuerseite des Hallgenerators wird von der Konstantstromquelle 8 geliefert. Verändert sich die Thermospannung, so tritt zwischen ihr und der Hallspannung eine Spannungsdifferenz auf, die dem Gleichstromverstärker 9 zugeführt wird. Die elektrische Größe am Verstärkerausgang wird dem Drehspulmeßwerk 1 zugeführt, das sich so weit verstellt, bis durch die zwangläufig damit erfolgende Verdrehung des Hallgenerators Kompensation zwischen der Thermospannung und der Hallspannung eingetreten ist.
  • Der für die Versorgung der Steuerseite des Hallgenerators2 erforderliche Gleichstrom wird gemäß F i g. 2 mit Hilfe der Zenerdiode 10 und dem Transistorll stabilisiert. Dabei sind die Diode, der Transistor 11 und der Emitterwiderstand 12 von solcher Art gewählt und so dimensioniert, daß sie die Temperaturabhängigkeit des Hallgenerators durch den ihnen eigenen Temperaturgang und durch ihre optimale gegenseitige Zuordnung kompensieren.
  • Parallel zur Steuerseite des Hallgenerators 2 ist die Widerstandskombination 3 mit der Hallseite des Hallgenerators nach Art einer elektrischen Brücke so zusammengeschaltet, daß eine Hallelektrode mit einem Brückeneckpunkt fest verbunden ist und der gegenüberliegende Brückeneckpunkt von einem Schleifer eines Potentiometers 13 gebildet wird.
  • Durch Verstellung dieses Schleifers wird eine Zusatzspannung erzeugt, so daß es möglich ist, den Wert Null der Vergleichs spannung an jeden beliebigen Skalenpunkt zu legen, erforderlichenfalls auch außerhalb der Skala.
  • Um zu erreichen, daß die Hallspannung möglichst streng proportional dem Verdrehungswinkel ist, muß sich das auf den Hallgenerator wirkende Feld eben- falls proportional dem Verdrehungswinkel ändern.
  • Dies wird nun dadurch erreicht, daß der Hallgenerator zu der Drehspulachse eine solche Lage erhält, daß das wirksame Feld in Skalenmitte Null ist und nach beiden Seiten positiv bzw. negativ zunimmt.
  • Ohne die Anwendung besonderer Maßnahmen wäre der Hallgenerator an sich nicht ohne weiteres zur Erzeugung einer proportionalen Vergleichsspannung geeignet, weil der hallseitige und auch der steuerseitige Innenwiderstand des Hallgenerators sowohl von der Größe des wirksamen Feldes als auch von der Umgebungstemperatur abhängt. Ebenso ändert sich mit der Umgebungstemperatur auch der Hallspannungskoeffizient.
  • Die Anderung des Innenwiderstandes der Hallseite wird durch die Anwendung des Kompensationsverfahrens unwirksam gemacht. Die Widerstandsänderung der Steuerseite hingegen wird eliminiert, indem der Hallgenerator mit eingeprägtem Strom gespeist wird. Dabei ist der Stromverbrauch der Widerstandskombination 3 gegenüber dem Steuerstrom des Hallgenerators vernachlässigbar klein. Bei der beispielsweisen Verwendung von Hallgeneratoren aus Indiumarsenid nimmt bekanntlich die Hallspannung mit zunehmender Temperatur ab, so daß mittels einer Kollektorstromerhöhung des Transistors 11 die gewünschte Kompensation erreicht werden kann.
  • Denn der Kollektorstrom des Transistors 11 nimmt bereits durch die ebenfalls temperaturabhängige Änderung der Zenerspannung der Diode 10, des Kollektorbasis-Reststromes und der Emitterbasisspannung zu. Infolgedessen kann man durch geeignete Wahl dieser Bauelemente, d. h. ohne zusätzliche Kompensationsmittel, die Hallspannung temperaturunabhängig machen. Wird beispielsweise diese Temperaturunabhängigkeit durch eine bestimmte Zuordnung von Transistor und Diode noch nicht hinreichend erreicht, so kann zusätzlich der Emitterwiderstand 12 noch temperaturabhängig gemacht werden.

Claims (6)

  1. Patentansprüche: 1. Nach dem Kompensationsprinzip arbeitendes anzeigendes und/oder registrierendes Meßgerät mit einem annähernd richtkraftlosen Meßwerk, mit dessen Drehachse ein Vergleichsspannungsgeber verbunden ist, der eine von der Stellung der Meßwerkachse abhängige Spannung liefert, dadurch gekennzeichnet, daß das annähernd richtkraftlose Meßwerk (1) direkt zum Antrieb des Anzeige und/oder Schreiborgans (5) dient, indem die Vergleichsspannung (a-b) der zu messenden Spannung (7) entgegengeschaltet und die Differenzspannung richtungsabhängig verstärkt (bei 9) zum Meßwerk (1) geführt ist.
  2. 2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsspannungsgeber aus einem Permanentmagneten (4) und einem Hallgenerator (2) besteht.
  3. 3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hallgenerator(2) gegenüber der Meßwerkachse (3) in einer solchen Stellung angeordnet ist, daß das auf ihn wirkende permanente Magnetfeld in einer solchen Stellung zu Null wird, die annähernd der Skalenmitte des Meßgerätes entspricht.
  4. 4. Meßgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuesreite des Hallgenerators (2) von einem konstanten, eingeprägten Strom gespeist ist.
  5. 5. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturabhängigkeit des Hallgenerators (2) durch die Temperaturabhängigkeit der Konstantstromquelle (8) kompensiert ist, indem die Temperaturkennlinie einer Zenerdiode (1), eines Transistors (11), eines Emitterwiderstandes (12) bzw. die gemeinsame Kennlinie aus der Kombination von zwei oder mehr dieser Bauelemente in einer optimalen Weise dem Temperaturgang des Hallgenerators angepaßt sind.
  6. 6. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerseite des Hallgenerators (2) eine Widerstandskombination (14) parallel geschaltet ist, mittels der der Hallseite eine zusätzliche Gleichspannung aufgedrückt wird, die mit Hilfe eines Potentiometers (13) zur Kompensation der Null-Komponente so einstellbar ist, daß die dem Meßwert Null entsprechende Hallspannung an einen beliebigen Punkt der Skala oder auch außerhalb derselben gelegt werden kann.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 275 033; österreichische Patentschrift Nr. 147 279.
DE19631272445 1963-08-16 1963-08-16 Nach dem Kompensationsprinzip arbeitendes anzeigendes und/oder registrierendes Messgeraet Pending DE1272445B (de)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT147279B (de) * 1934-07-25 1936-10-10 Siemens Ag Verstärkerschaltung, insbesondere für die Zwecke der Fernmessung.
CH275033A (de) * 1948-10-01 1951-04-30 Siemens Ag Kompensationsverstärker.

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT147279B (de) * 1934-07-25 1936-10-10 Siemens Ag Verstärkerschaltung, insbesondere für die Zwecke der Fernmessung.
CH275033A (de) * 1948-10-01 1951-04-30 Siemens Ag Kompensationsverstärker.

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